變電站UPS電源故障分析

摘 要：阿克蘇電網(wǎng)中仍有部分配網(wǎng)35kV末端變電站使用UPS電源，作為變電站事故電源。當(dāng)交流電源停電或電壓不穩(wěn)定情況下，做為變電站保護(hù)、自動(dòng)化裝置持續(xù)提供穩(wěn)定的交流工作電源，現(xiàn)結(jié)合一起35kV變電站UPS電源故障案例分析，談?wù)撟冸娬綰PS電源管理方法，從而提高UPS電源運(yùn)行維護(hù)管理水平。

關(guān)鍵詞： 變電站；UPS；故障

中圖分類號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1事故經(jīng)過(guò)

1.1事故前電網(wǎng)運(yùn)行方式

某35kV變電站35kV母線、10kV母線均為單母線接線方式；35kV電源進(jìn)線3511黑一線、35kV出線3512黑二線、1號(hào)主變、10kV線路及電容器均在運(yùn)行狀態(tài)，35kV所用變T接于35kV進(jìn)線3511黑一線處，變電站所有二次設(shè)備工作電源使用UPS電源提供。

1.2保護(hù)動(dòng)作情況

2012年8月2日23：35分30秒35kV出線3512黑二線C相接地；2012年8月2日23：40分34秒698毫秒35kV出線3512黑二線B、C相相間過(guò)流三段保護(hù)動(dòng)作；2012年8月2日23：40分34秒801毫秒35kV出線3512黑二線斷路器分閘失敗；2012年8月2日23：40分34秒905毫秒35kV進(jìn)線3511黑一線B、C相，三段過(guò)流保護(hù)動(dòng)作”（上級(jí)變電站保護(hù)動(dòng)作）。

2事故原因分析

該35kV變電站35kV出線3512黑二線線路C發(fā)生接地故障，UPS交流輸入電源正好接于站用變C相，所用變C相電壓降低，UPS輸入電源不發(fā)生波動(dòng)，UPS電源立即進(jìn)入逆變狀態(tài)；由于UPS電源缺少維護(hù)，運(yùn)行不到5分鐘UPS電源輸出交流電壓出現(xiàn)異常，此時(shí)35kV出線3512黑二線線路已由單相接地發(fā)展成為兩相相間短路故障，35kV出線3512黑二線保護(hù)動(dòng)作；由于UPS電源輸出電壓不穩(wěn)定，35kV出線3512黑二線斷路器跳閘線圈未動(dòng)作（UPS輸出電壓未達(dá)到線圈最低動(dòng)作電壓值），所以3512黑二線保護(hù)裝置報(bào)分閘失敗。斷路器未跳閘，未能訊速切斷故障電流，使保護(hù)越級(jí)至上級(jí)變電站，迫使35kV電源進(jìn)線3511黑一線保護(hù)動(dòng)作。導(dǎo)至該35kV變電站全站失壓，直接損失負(fù)荷3500kW.h。

經(jīng)檢查UPS電源AC-DC回路中整流元件損壞，未能給UPS電源蓄電池組充電，故障前蓄電池組已嚴(yán)重饋電，當(dāng)UPS視電輸入存在異常后，蓄電池組所存儲(chǔ)電能無(wú)法滿足當(dāng)前用電負(fù)荷要求。使UPS輸出電壓降低，從而導(dǎo)至本次事故的發(fā)生。

由此可見(jiàn)UPS電源維護(hù)不當(dāng)造成UPS電源運(yùn)行異常是本次事故擴(kuò)大的直接原因。對(duì)于二次設(shè)備電源都為交流電源的變電站，UPS電源的好壞直接引響著電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此在變電站的維護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)UPS電源的日常維護(hù)，認(rèn)真做好變電站UPS電管運(yùn)行管理工作。

3 UPS管理

3.1 UPS電源的定義

UPS是不間斷電源（Uninterruptible-

PowerSystem）的英文名稱的縮寫(xiě)。實(shí)際上，UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置，并以逆變器為主要組成部分的恒壓恒額的不間斷電源。UPS在其發(fā)展初期，僅被視為一種備用電源。后來(lái)，由于電壓浪涌、電壓尖峰、電壓瞬變、電壓跌落、持續(xù)過(guò)壓或者欠壓甚至電壓中斷等電網(wǎng)質(zhì)量問(wèn)題，使負(fù)載受運(yùn)行干擾。因此，UPS日益受到重視，并逐漸發(fā)展成一種具備穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓浪涌等功能的電力保護(hù)系統(tǒng)。

3.2 UPS電源的結(jié)構(gòu)及原理

UPS電源系統(tǒng)由4部分形成：整流、儲(chǔ)能、變換和開(kāi)關(guān)控制。其系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能通常是由整流器實(shí)現(xiàn)的，整流器件采用可控硅或高頻開(kāi)關(guān)整流器，本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能，從而當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)（該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)請(qǐng)求），輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲(chǔ)能電池來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖打攪不能鏟除，整流后的電壓仍存留打攪脈沖。儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)直流直能的功能外，對(duì)整流器來(lái)說(shuō)就象接了一只大容量電容器，其等效電容量的大小，與儲(chǔ)能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的，即利用了電容器對(duì)脈沖的平滑特性鏟除非脈沖打攪，起到了凈化功能，也稱對(duì)打攪的屏障。頻率的固定則由變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，頻率固定度取決于變換器的振蕩頻率的固定程度。另外UPS輸出功率還與所帶負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。蓄電池主要起儲(chǔ)能作用，容量的大小主要表現(xiàn)于市電失電后，所能帶負(fù)載時(shí)間的長(zhǎng)短。

UPS電源簡(jiǎn)要工作原理：在市電工作正常時(shí)，如下圖1簡(jiǎn)要UPS原理圖所示，交流電源經(jīng)整流器和逆變器給負(fù)載供電，而且同時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。在市電突然停電時(shí)，UPS電源由儲(chǔ)能蓄電池經(jīng)逆變器給負(fù)載提供持續(xù)穩(wěn)定電源。當(dāng)UPS自動(dòng)切換至旁路工作時(shí)，需檢查UPS主機(jī)是否存在異常以及檢查負(fù)載運(yùn)行情況（如過(guò)載）。

UPS電源內(nèi)部有L及N的區(qū)別，其中N做為一條固定通路存在，而L則進(jìn)行整流升壓逆變，所以L同電網(wǎng)的L有可能有電位差，尤其是輸入電壓波動(dòng)較大時(shí)。接地線同零線是兩個(gè)不同的線，一般情況兩者電壓幾乎相等，但是在雷雨、嚴(yán)重過(guò)載等情況下零線的對(duì)地電壓是沒(méi)辦法保證的。所以不可以要求零線與地線之間的電壓。也不可以用零線做地線使用。

3.3 UPS電源的日常維護(hù)

3.3.1蓄電池維護(hù)

雖說(shuō)儲(chǔ)能電池組目前都采用了免維護(hù)電池，外部不正常工作狀態(tài)對(duì)電池造成的影響并沒(méi)有較大變的變化，因此蓄電池組的維護(hù)檢修工作還是相關(guān)重要。

在變電站的日常巡視中應(yīng)檢查蓄電池外觀有無(wú)異常，定期用萬(wàn)用表測(cè)量每節(jié)蓄電池電壓和蓄電池組端電壓，并做好記錄。每節(jié)電壓應(yīng)為12V左右，電壓不得低于10.8V，當(dāng)?shù)陀?0.8V時(shí)應(yīng)對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電活化處理。活化后電壓仍不能恢復(fù)的應(yīng)立即更換蓄電池。并根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)反措要求》每年定期對(duì)蓄電池做一次充放電試驗(yàn)，檢查蓄電池容量能否滿足要求。

3.3.2 UPS電源機(jī)頭維護(hù)

為了提高UPS電源的工作效率和工作穩(wěn)定性，需定期對(duì)UPS電源的開(kāi)關(guān)切換操作，切斷UPS市電，使UPS電池處于放電狀態(tài)，監(jiān)視UPS電源運(yùn)行狀況。查看UPS液晶面板上檢查UPS有無(wú)告警信息，運(yùn)行是否正常。定期檢查UPS風(fēng)扇有無(wú)異物堵塞，主機(jī)運(yùn)行時(shí)有無(wú)異常響聲等。UPS電源巡視時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量UPS輸出電壓是否正常，當(dāng)輸出電壓不正常時(shí)，檢查UPS濾波電容是否完好。并查明原因，迅速處理。另外在日常維護(hù)中還應(yīng)即時(shí)清掃UPS主機(jī)和蓄電池，檢查各連接線連接牢靠，無(wú)松動(dòng)情況。

3.3.3 UPS電源信號(hào)監(jiān)視

現(xiàn)如今變電站都為無(wú)人值班變電站，因此UPS電源信號(hào)監(jiān)視也尤為重要，在UPS輸入、輸出端加裝電壓監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)自動(dòng)化裝置上傳至調(diào)度，隨時(shí)監(jiān)視UPS電源輸入、輸出電壓是否正常。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，立即到變電站查看UPS運(yùn)行情況。

3.4 UPS電源在運(yùn)行中的日常注意事項(xiàng)

3.4.1 UPS電源開(kāi)關(guān)機(jī)順序，開(kāi)機(jī)順序：先給上UPS市電空開(kāi)，UPS電源市電帶電，將UPS主機(jī)打開(kāi)，待主機(jī)運(yùn)行正常后，再逐項(xiàng)給上UPS所帶負(fù)載。UPS關(guān)機(jī)順與開(kāi)機(jī)順序相反。

3.4.2 避免UPS負(fù)載過(guò)大，UPS電源所接負(fù)載過(guò)大一般會(huì)使UPS長(zhǎng)期工作在過(guò)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，因此會(huì)縮短UPS的使用壽命。在日常工作中，對(duì)UPS所接負(fù)載功率記錄在檢修記錄本內(nèi)，對(duì)于新接入U(xiǎn)PS電源負(fù)荷時(shí)計(jì)算功率能否滿足要求。UPS電源負(fù)載一般一般控制在UPS電源功率60%—80%可靠性最佳。

3.4.3 變電站交流電源如長(zhǎng)時(shí)間停電，若UPS負(fù)載可不使用，盡量要將UPS負(fù)載全部切除，UPS電源關(guān)閉，避免蓄電池電量放盡，使蓄電池使用壽命縮短。

3.4.4在無(wú)人值守變電站中，市電消失后UPS電源帶負(fù)載時(shí)間不應(yīng)太長(zhǎng)，一般為3-5小時(shí)，即時(shí)將UPS市電電源恢復(fù)，避免將蓄電池電量放盡。

3.4.5 UPS電源蓄電池一般都為免維護(hù)密封鉛酸蓄電池，受環(huán)境溫度影響非常大，應(yīng)將其放置在環(huán)境良好的地方，溫度保持在15℃-30℃之間，蓄電池壽命一般都在5年左右，另外工作中主要防止蓄電池短路。

3.4.6 UPS負(fù)載空開(kāi)跳閘后，應(yīng)查明負(fù)載跳閘原因，排除故障后再將其空開(kāi)給上，避免故障電流再次沖擊UPS電源，對(duì)設(shè)設(shè)造成沖擊。

參考文獻(xiàn)

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